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自动控制原理课程设计直流电机转速控制系统的动态校正_毕业论文 自动控制原理课程设计 题目:直流电机转速控制系统的动态校正 专业班级：电子信息工程学院 学生姓名： 学生学号： 序号： 指导老师： 日期： 一.课程设计题目:直流电机转速控制系统的动态校正 应完成的项目: (一)未校正系统参数的测定：实验内容： 1.了解ACCC-型实验平台提供力矩电机转速控制模型的工作原理; 2.通过实验测定力矩电机转速控制模型的传递系数K 、电磁时间常数a T 、机 电时间常数m T ； 3.建立未校正直流电机转速控制系统的数学模型。 (二)系统设计：由建立未校正直流电机转速控制系统的数学模型，对该系统 进行动态校正装置设计。 1.设计指标： 静态指标：转速实现无静差调节；静差速度误差系数v K 30 1/s 。 动态指标：频域指标：相角裕度'46 °，幅值裕度'g L 6 dB ；系统开环频率特性的截止频率：相角超前校正方案时'c 10 rad/s ；相角滞后校正方案时'c 1 rad/s ；时域指标：系统单位阶跃响应最大超调量 % 30 %；过渡过程时间：s t 1.5 秒 。 2.理论设计： 根据设计指标，用频率法进行相角超前校正和相角滞后校正两种设计，并进行MATLAB 的SIMULINK 结构图仿真，验证两种设计方案。 3.实验系统设计线路实现（不做）： 根据理论设计的相角超前校正网络和相角滞后校正网络参数，由提供的ACCC-型自动控制理论及计算机控制技术实验平台图纸选择RC 元件和运算放大器，构造实现两种校正网络，并画出整个系统联结线路。 4.带实验参数整理计算结果、两种设计方案，按规定时间到B6-507进行验 收。 (三)设计完成后应缴交设计说明书一份，包括上述设计基本内容、计算过程、 实验数据、实验曲线及分析、未校正系统的数学模型、频率法相角超前校正设计和相角滞后校正网络设计两种设计方案及两种设计方案的SIMULINK 结构图仿真曲线、结论及心得体会。 (四)设计完成期限：本设计任务书于2022年9月11日发出，2022年9月 21日上交设计说明书。 二、 ACCC-IV 型自动控制理论及计算机控制技术实验平台力矩电机转速控制模型工作 原理 给定Ug 由ACCT-IV 自动控制理论及计算机控制技术的实验面板上的电源单元U1提供，电压变化范围为1.3V 15V 。经PID 运算后的控制量作为驱动单元输入信号，经过功率放大后驱动电机运转。转速测量电路单元将转速转换成电压信号，作为反馈信号，构成闭环系统。 转速测量电路单元: 它由转盘、光电转换和频率/电压（F/V ）转换电路组成。由于转速测量的转盘为60齿，电机旋转一周，光电变换后输出60个脉冲信号，对于转速为n 的电机来说，输出的脉冲频率为f=60n/min ，我们用这个信号接入以秒作为计数单位的频率计时，频率计的读数即为电机的转速;即n=f 转速测量输出的电压即为频率/电压转换电路的输出，这里的F/V 转换率为150Hz/V 。 1/150/f U /n U 00= 实验的接线图如图1.2所示，除了实际的模拟对象、电压表和转速计表外，其中的模拟电路由ACCT-IV 自动控制理论及计算机控制技术实验板上的运放单元U9、U15和U11和备用元器件搭建而成。 R 0=R 1=R 2=100K ，R 3=100K ，R 4=2M ，R 5=10K ，C 1=1F ，R f /R i =1。给定输出接调节器的输入，调节器输出给电机驱动电路提供输入信号，即将调节器输出接到直流电动机调速功率转换电路的正极输入端（IN ），负极端（IN ）接地；功 率转换的输出接到直流电机的电枢两端. 给定输出接调节器的输入，调节器输出给电机驱动电路提供输入信号，即将调节器输出接到直流电动机调速功率转换电路的正极输入端（IN），负极端（IN ）接地；功率转换的输出接到直流电机电枢两端. 由于转速测量输出的电压为正值，转速测量的输出接到20V电压表头的输入端的同时,还须通过反馈回路反馈系数=Rf/Ri=1的反相器才接到电压反馈输入端Uf,以保证负反馈. ?按图1.2接线,组成带相角滞后校正装置的有静差调速系统. ?观测系统对单位阶跃给定输入的响应; ?观测系统输出转速在负载增加时的变化 力矩电机转速控制模型 力矩电机转速控制模型:工作原理和静态特性 设激磁磁通，电枢端电压为Ua, 电枢电流为Ia,电机电磁转矩Ma, 电机转速为n,反电势为E, 电机反电势常数为Ke, 转矩常数为Km,则稳态有： dt dn 375GD M M I K M n K n C E E R I U 2f a a m a e e a a a =-=+= 量; 折算到电枢轴上飞轮惯分/375为整个运动部GD 2 a 为电枢电阻, n 为电机转速, Mf 为电机轴上阻力矩,Ke 为电机常数。则 m e f a e a e a a a K K M R K U K R I U n -=-= 通过改变外加电压Ua 来控制直流伺服电动机的转速。称电枢控制，具有机械特性和调节特性线性度好，且特性曲线是一组平行线；当控制电压为零时（此时只有激磁电流），输入损耗小；控制回路电感小，响应迅速等优点。 力矩电机转速控制模型的动态特性 总电阻,电感. 为电枢L ,R 轴上总负载转矩;为折算到电枢M 电枢轴上飞轮惯量;运动部分折算到/375为整个G D a a f(d)2 dt t dn GD (t)M (t)M (t) I K M n(t)K E(t)E(t)dt (t) dI L (t)R I (t)U f a a m a e a a a a a ) (3752= -=+= 力矩电机转速控制模型传递函 电机的机电时间常数 电机的电磁时间常数伏分 转 式中-=-= =+=+=+= m e a m a a a e n m m a m e a a a m e a e e m a a a m a a a a K K R GD T R L T K K s T s T T Kn s K K R GD s R L K K R GD K K s GD K s R L R s GD K s R L R s U s n 375,)(1:;11375375137511/11375 1 1/1)() (222 2222 力矩电机转速控制模型传递函数 一般直流伺服电动机，故近似估计可认为： m a T T ?=? +?=+?=-=?=? =+-=-4667.48791552.4879)(, 4879.2521,0.1153673 .81010 1 01 lg 10)(. 8.78)(22 ' 0010 292.610 ) (000 ? ? c m m L c c c arctg L db L c 对应